In order to analyze pulsating flows in elastic blood vessels, a method based on the ALE concept and finite volume method was reformed and modulated to include wall motion of elastic vessels and impedance phase angle(phase difference between wall motion and blood flow). Our study indicated wall shear rates(WSR) were significantly influenced by the wall motion and the impedance phase angle. For larger wall motion more than $5{\%},$ the computed WSR started to deviate from the results of the perturbation theory that assumed smaller wall motion. The study showed that oscillatory shear index increased as the impedance phase angle became more negative like $-70{\circ}\;or\;-80{\circ}$ due to reduced mean WSR and increased amplitude of WSR. This result indicated that hypertensive patients are more vulnerable to atherosclerosis than normal persons because of the role of more negative impedance phase angles usually observed in these patients.
The present study investigates flow dynamics between two dimensional compliant plates under sinusoidal flow conditions in order to understand influence of wall motion, impedance phase angle (time delay between pressure and flow waveforms), and non-Newtonian fluid on wall shear stress using computational fluid dynamics. The results showed that wall motion induced additional terms in the streamwise velocity profile and the pressure gradient. These additional terms due to wall motion reduced the amplitude of wall shear stress and also changed the mean wall shear stress. The trend of the changes was very different depending on the impedance phase angle. As the impedance phase angle was changed to more negative values, the mean wall shear stress decreased while the amplitude of wall shear stress increased. As the phase angle was reduced from 0°to -90°under $\pm$4% wall motion, the mean wall shear stress decreased by 12% and the amplitude of wall shear stress increased by 9%. Therefore, for hypertensive patients who have large negative phase angles, the ratio of amplitude and mean of the wall shear stress is raised resulting in a more vulnerable state to atherosclerosis according to the low and oscillatory shear stress theory. We also found that non-Newtonian characteristics of the blood protect atherosclerosis by decreasing the oscillatory shear index.
Fluid loading of a vibrating cylindrical shell has influence on natural frequencies and vibration magnitudes of the shell and the acoustic pressure of fluid. The vibroacoustics of fluid-filled cylindrical shells need the coupled solution of Helmholtz equation and governing equation of a cylindrical shell with boundary conditions. This paper proposed the wall impedance of fluid-filled axisymmetric cylindrical shells, focusing on the inner fluid/shell interaction. To propose the impedance, shell displacements used the linear combination of in vacuo shell modes. Acoustic pressure prediction of fluid used Kirchhoff-Helmholtz integral equation with Green's function of the plane mode. For the demonstration of the proposed results, numerical applications on mufflers were conducted.
Wall shear rate or stress is believed to be a major hemodynamic variable influencing atherosclerosis and artery-graft anastomic intimal hyperplasia. The purpose of this study is to verify the effects of radial wall motion, artery-graft compliance and diameter mismatch, and impedance phase angle on the wall shear rate distribution near an end-to-end artery-graft anastomosis model. The results show that radial wall motion of the elastic artery model lowers the mean wall shear rates under pulsatile flow condition by 15 to 20 % comparing to those under steady flow condition at the same mean flow rate. Impedance phase angle seems to have small effects on the mean and amplitude of the wall shear rate distribution. In order to study the effects of compliance and diameter mismatch on the wall shear rates, two models are studied-Model I has 6% and Model I has 6% and Model II has 11% smaller graft diameter. Divergent geometry caused by diameter mismatch near the distal sites reduces the mean wall shear rates significantly, and this low shear region is believed to be prone to intimal hyperplasia.
벽면운동(wall motion)과 임피던스 페이즈앵글(impedance phase angle; 압력파와 유랑파 기아의 위상차)을 고려하여 맥동유동하에 있는 복부대동맥 분기관모델에서 2차원 전산유체해석을 수행하였다. 해석결과 분기광 근처에서응 전단응력의 크기가 매우 급격한 변화를 보임을 관찰하였고 벽면운동은 전단응력의 진폭을 감소시키는 효과를 가져왔다. 임피던스 페이즈 앵글이 음의 값을 향해 갈수록 시간 평균된 벽면 전단응력(mean wall shear stress)의 값은 감소하였으나 진폭(amplitude of wall shear stress)은 오히려 증가하였다. 페이즈앵글의 영향은 평균 벽면전단응력이 영에 근접하는 외벽(outer wall or lateral wall)의 바같쪽으로 휘어지는 부분(curvature site)에서 상대적으로 크게 나타났는데 $-90^{\circ}$ 페이즈앵글(혈류파가 혈압파를 1/4주기 앞서는 경우)일 경우에 $0^{\circ}$의 경우에 비해 평균은 $50\%$정도 감소하였고 진폭은 $15\%$정도의 상승를 나타내었다. 그러므로 고혈압 환자와 같이 큰 음의 페이즈앵글을 갖는 경우, 벽면전단응력의 평균은 낮아지고 시간에 따라 변화량(진폭)은 증가하므로 low and oscillatory wall shear stress 이론에 의하면 동맥경화에 더 민감하게 된다. 비뉴턴유체로 모델링한 경우에는 뉴턴유체의 경우에 비해 벽면전단응력의 평균값이 증가하므로서 동맥경화에 덜 민감하게 된다.
It is well known that wall impedance essentially determines how sound wave transmits from one place to another. The wall impedance is related with its dynamic properties : for example, the mass, stiffness, and damping characteristics. It is noteworthy, however, that the wall impedance is also function of spatial characteristics of two spaces that is separated by the wall. This is often referred that the wall is not locally reacting. In this paper, we have attempted to see how the acoustic characteristics of the two spaces is affected by various structure parameters such as density, applied tension, and a normalized length of the wall. Calculations are conducted for two different modally reacting boundary conditions by modal expansion method. The variation of the Helmholtz mode and the structural-dominated mode are analyzed as the structure parameters vary. The displacement distribution of the structure, pressure and active intensity of the inside and outside cavity are presented at the Helmholtz mode and the structure-dominated mode. It is shown that the frequency characteristics are governed by both structure-and fluid-dominated mode. The results exhibit that the density of the structure is the most sensitive design parameter on the frequency characteristics for the coupling system as we could imagine in the beginning. The Helmholtz mode frequency decrease as density increases. However. it increases as applied tension and an opening size increase. The bandwidth of the Helmholtz mode is mainly affected by density of the structure and its opening size.
A new method to fabricate metal electrodes on side wall of the microchannel is presented. Coulter counter allows to count the number of cell passing through the microchannel by detecting impedance variation between two electrodes. The relative position of two electrodes is important for sensitivity of impedance measurement. 100nm thick Al electrodes are deposited on the channel side wall by means of shadow evaporation.
벽면운동과 임피던스 페이즈앵글(압력파와 유량파 사이의 시간차)이 벽면전단응력의 크기와 분포에 미치는 영향을 규명하기 위해 맥동유동하에 있는 직선 탄성혈관에서 전산유체해석을 수행하였다. 탄성을 갖는 직선혈관의 경우에는 벽면운동과 임피던스 페이즈앵글을 고려한 섭동해가 존재하는데, 이를 본 연구의 수치해와 비교함으로 수치해의 타당성을 입증하였다. 해석결과, 혈관의 벽면운동으로 인해 축방향 속도분포와 압력구배의 값에 어떤 추가분이 발생하는 것을 관찰하였다. 이러한 추가분에 의해 벽면전단응력(wall shear stress) 및 압력구배(pressure gradient)의 진폭(amplitude: time-varying component)은 감소하고 평균값(mean: time-averaged component)에도 변화를 보였는데 그 변화의 경향은 임피던스 페이즈앵글에 따라 매우 다른 모습을 보였다. 즉, 임피던스 페이즈앵글이 음의 값을 갖게 될 수록 벽면전단응력의 평균은 감소하고 진폭은 증가하는 경향을 보였다. $\pm$4%의 벽면운동이 있는 경우 대동맥에서 임피던스 페이즈앵글의 변화 가능범위인 0$^{\circ}$에서 -90$^{\circ}$로 페이즈 앵글을 감소시켰을 때 벽면전단응력의 평균값은 10.5% 감소하고 진폭은 17.5% 증가하였다. 그러므로 고혈압환자와 같이 음의 큰 페이즈앵글을 갖는 경우 벽면 전단응력의 시간에 따른 변화량(진폭/평균)이 상대적으로 커지므로 low and oscillatory shear stress 이론에 의하면 동맥경화에 더 민감하게 된다.
확장 탄성 임피던스(extended elastic impedance, EEI)는 입사각에 따른 음향 임피던스(acoustic impedance, AI) 를 일반화한 탄성 임피던스(elastic impedance, EI)를 확장한 개념으로서 다양한 저류암 물성과 대비가 가능한 것으로 알려져 있다. 하지만 EEI 역산을 적용하여 예측한 저류암적 물성이 실제 물성을 얼마나 정확히 예측하는지를 검증한 사례는 거의 없다. 본 연구에서는 EEI 역산 기법을 이용하여 미국 와이오밍주 Teapot Dome 유전의 주요 저류층 중 하나인 Second Wall Creek 사암층의 P파속도($V_p$), S파속도($V_s$), P파속도-S파속도 비($V_p/V_s$), 포아송비(Poisson's ratio)와 같은 속도 물성들을 유추하고 실제 물리검층 자료와 비교하여 EEI 역산 기법의 정확도를 검증했다. 사용된 자료는 Teapot Dome 유전 남부의 3차원 공심점 모음 자료(CDP gather)와 많은 시추공에서 선택된 4개의 시추공 자료이다. $V_s$ 검층자료는 경험식을 통해 $V_p$ 검층자료로부터 계산되었다. 4개의 속도 물성 EEI 예측 %에러는 한 시추공에서의 포아송비를 제외하면 약 5%를 넘지 않는다. 그러나 속도로부터 직접적으로 계산되지 않는 공극률, 감마선 검층값, 밀도와 같은 물성들은 시추공에서의 EEI 역산 분석 결과가 만족스럽지 못하여 전체 자료에 EEI 역산을 적용할 수 없었다. 따라서 속도 물성의 경우 EEI 역산을 적용할 수 있지만 속도로부터 직접 계산이 되지 않는 물성의 경우는 EEI 역산 적용에 신중해야 할 것으로 판단된다.
If a wall separates the bounded and unbounded spaces, then the wall's role in transporting the acoustic characteristics of the two spaces is not well defined. In this paper, we attempted to see how the acoustic characteristical of two spaces are really affected by the spatial characteristics of the wall. In order to understand coupling mechanism, we choose a finite space and a semi-infinite space separated by the flexible or rigid wall and an opening. A volume interaction can be occurred in structure boundary and a pressure interaction can be happened in the opening boundary. For its simplicity, without loosing generality, we use rather simplified rectangle model instead of generally shaped model. The source impedance is presented to the various types of boundaries. The distributions of pressure and active intensity are also presented at the cavity and structure-dominated modes. The resulting modification, shifts of mode1 frequencies and changing of standing wave patterns to satisfy both coupled boundary conditions and governing equations, are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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